本实用新型专利技术涉及一种四自由度扑翼飞行器装置，属于飞行器领域。机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有一定的倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。优点是结构新颖、紧凑，可实现完全对称的扑翼运动，具有机动性强、灵活度高的优点；产生的四种运动形式通过相互耦合的作用为扑翼飞行器提供所需的推升力，两翼翼尖运动轨迹均为空间“椭圆形”，具有气动效率高和机动性强的优势。
【技术实现步骤摘要】
一种四自由度扑翼飞行器装置
本技术属于飞行器
，特别是涉及一种多自由度扑翼飞行器。
技术介绍
扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫扑翼飞行的新型飞行器，与传统的飞行器相比，扑翼同时产生升力与推力，举升、悬停和推进功能集成于一个扑翼系统，具有较强的机动性与灵活性，并且通过调整扑翼系统的扑动参数就可以灵活的改变飞行状态，大大简化整体结构，减轻飞行器重量；自然界的飞行生物翅膀的运动形式一般为：具有一定角度的上下拍动、扭转运动、扫掠运动、弯曲折叠运动，这四种运动方式。根据仿生学原理设计制作的扑翼飞行器根据其运动形式可分为单自由度扑翼飞行器和多自由度扑翼飞行器，单自由度扑翼飞行器仅需要通过翅膀单纯的上下扑动来获取推升力，然而多自由度扑翼飞行器是在翅膀单纯的上下扑动的基础上，同时进行扭转、扫掠与弯曲折叠运动的一种或几种组合运动。已有的扑翼飞行器大多数只是单纯的模仿飞行生物的基础运动模式，只能实现简单自由度的挥拍运动。中国专利《一种四翼片平拍扑翼飞行器》CN104477388B采用四翼片平拍扑翼，四片扑翼由四个独立的伺服电机同时控制，虽然四个翼片在上下拍动的过程中不会在横向产生水平分力，但由于伺服电机的增加使机体自生的重量也随之增加，这将导致气动效率低，续航时间短，进而严重影响了飞行器的性能，而多自由度扑翼飞行器则不然，因此仿生程度更高的多自由度扑翼飞行器已经成为研究热点；技术专利《一种两自由度扑翼飞行器》CN205113712U和中国专利《昆虫仿真扑翼飞行器》ZL201210437699.9等为代表的多自由度飞行器具有扑动和扭转翅膀的两自由度运动形式，而实际上飞行生物飞行时翅膀还具有扫掠的这种运动模式，因此扑动与扭转运动模式带来的推力较为有限；中国专利《一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置》CN108058825A同时具有了扫掠和扑动的两种运动模式，但这种模式下的扫掠为翅膀的前后扫掠不同于飞行生物的翅膀围绕翅根这一点进行扫掠运动，因此该种情况下其飞行器产生的推升力同样较为有限；中国专利《一种翅翼可主动变形的多自由度微型扑翼飞行器》CN105691615A，同样只是实现了扑动和扭转的两种运动形式，扭转动作是通过采用偏心球结构与曲柄摇杆机构的复合运动来实现，这种复合结构通过偏心球实现上下扑动运动，通过曲柄摇杆机构实现翅膀的主动扭转，但扑动和扭转的实现是两种主动的运动模式需要附加的齿轮传递力及力矩，这将不可避免的增加驱动机构能源的消耗，降低飞行效率；同时，两种主动运动形式的耦合将会产生干涉和卡顿现象。上述所述的飞行器在一定程度上都存在着一定的缺陷，不足以完成未来各种复杂的任务。因此，设计出一种结构相对简单、传递效率高、低能源消耗，并且同时具有扑动、扭转及扫掠三种运动形式的高度仿生扑翼飞行器将会是未来微型扑翼飞行器的发展方向。
技术实现思路
本技术提供一种四自由度扑翼飞行器装置，以解决目前扑翼飞行器存在的传递效率低、能源消耗高，不足以完成各种复杂的任务和问题。本技术采取的技术方案是：包括机架、右扑动机构、右扑翼、尾翼、右转向机构、控制系统、动力系统、左转向机构、左扑翼、左扑动机构；机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有一定的倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。本技术所述机架包括机架主体、机体横向长连杆、导线支架、机体横向短连杆、机架竖向连杆、电机支架、机体中部横向连杆、机尾槽口、接收器槽口、微型直线舵机槽口；其中机体横向长连杆、机体横向短连杆与机体中部横向连杆之间相互平行放置，且将这些连杆中端与机架主体固连；机架竖向连杆的两端设有方形的通孔，该方形通孔与机体横向短连杆的两端进行过盈配合连接，且机架竖向连杆与机体横向短连杆相互垂直，导线支架粘接在机体中部横向连杆上，电机支架固接在机架主体前端，机尾槽口固接在主体机架的尾部并与机架水平面具有一定的倾角，接收器槽口、微型直线舵机槽口固接在机架中部。本技术所述的动力系统包括空心杯电机、电机蜗杆、第一级减速蜗轮、齿轮轴、两侧对称的驱动曲柄、驱动连杆、驱动摇杆、连杆轴，其中空心杯电机与电机固定机架固定连接，空心杯电机与控制系统的导电线连接，空心杯电机的输出轴位于齿轮轴的下方并与其垂直，齿轮轴与机架竖向连杆上通孔的内径进行过渡配合，电机蜗杆套装在空心杯电机的输出轴上，并与其形成过盈配合；第一级减速蜗轮安装固定在齿轮轴的中部；电机蜗杆与第一级减速蜗轮相啮合，每个驱动曲柄的一端固接在齿轮轴的一侧，另一端与驱动连杆的一端铰接，两个驱动曲柄一起随齿轮轴进行圆周运动；连杆轴与机架主体前段的圆形通孔进行过渡配合，每个驱动摇杆的一端固接在连杆轴的一侧，另一端与驱动连杆的一端铰接，两个驱动摇杆通过与两个驱动连杆和两个驱动曲柄相配合做圆弧运动。本技术所述右扑动机构包括右扑动滑杆、右扑动连杆一、右扑动连杆二，其中右侧扑动滑杆的一端与右侧的驱动连杆进行球副配合铰接；右侧扑动滑杆的杆体与右转向纵向连杆上的圆形通孔内径形成间隙配合，同时与右扑翼横向前缘翅脉两侧的固连滑块上的轴承内径形成过盈配合，右机翼的纵向翅脉的末端与右扑动连杆一的一端进行球副配合铰接；右扑动连杆二一端与右扑动连杆一的另一端进行铰接，并且其另一端与机架横向连杆进行铰接。本技术所述右扑翼包括右扑翼横向前缘翅脉、右扑翼纵向翅脉、右扑翼滑块、右扑翼次级翅脉、微型轴承、右扑翼翅膜；右扑翼横向前缘翅脉、右扑翼纵向翅脉和右扑翼次级翅脉在翅根端相固连，右扑翼翅膜粘贴在右扑翼横向前缘翅脉、右扑翼纵向翅脉和右扑翼次级翅脉上；右扑翼滑块固连在右扑翼横向前缘翅脉下方，并且其上的圆形通孔与微型轴承外径形成过盈配合；微型轴承内径与右扑动滑杆的杆体形成过盈配合。本技术所述左转向机构包括转左转向弹簧、左转向横向连杆、左转向纵向连杆、柔性橡胶条、左转向尼龙绳导线、导线支架；左转向弹簧的两端分别固接在左转向横向连杆与机架横向连杆的上表面，左转向纵向连杆的两端开有方形的通孔，方形通孔与左转向横向连杆的一端进行过盈配合、以此实现左转向纵向连杆与左转向横向连杆的固定连接；柔性橡胶条的一端固接在机架横向连杆的左侧末端，另一端固接在左转向横向连杆的右侧末端，以此实现转向机构与机架的铰接；导线支架粘接在左转向横向连杆、机架横向连杆和机架主体上；左转向尼龙绳导线一端固接在左转向横向连杆上，并且穿过导线支架与其形成间隙配合，左转向尼龙绳导线的另一端固连在微型直线舵机上。本技术所述的控制系统包括接收器、微型直线舵机、导电线，电池，接收器和微型直线舵机固接在机架主体的内部；导电线将接收器与微型直线舵机连接在一起，用以实现控制电信号的传输，电池粘接在机架主体的尾部，电池通过导电线与接收器、微型直线舵机及空心杯电机连接。本技术所述的尾翼包括尾翼板、尾翼翅膜；尾翼板与机架主体上具有一定倾角的槽口进行固连，尾翼翅膜与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四自由度扑翼飞行器装置，其特征在于：包括机架、右扑动机构、右扑翼、尾翼、右转向机构、控制系统、动力系统、左转向机构、左扑翼、左扑动机构；机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。/n
【技术特征摘要】
1.一种四自由度扑翼飞行器装置，其特征在于：包括机架、右扑动机构、右扑翼、尾翼、右转向机构、控制系统、动力系统、左转向机构、左扑翼、左扑动机构；机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度扑翼飞行器装置，其特征在于：所述机架包括机架主体、机体横向长连杆、导线支架、机体横向短连杆、机架竖向连杆、电机支架、机体中部横向连杆、机尾槽口、接收器槽口、微型直线舵机槽口；其中机体横向长连杆、机体横向短连杆与机体中部横向连杆之间相互平行放置，且将这些连杆中端与机架主体固连；机架竖向连杆的两端设有方形的通孔，该方形通孔与机体横向短连杆的两端进行过盈配合连接，且机架竖向连杆与机体横向短连杆相互垂直，导线支架粘接在机体中部横向连杆上，电机支架固接在机架主体前端，机尾槽口固接在主体机架的尾部并与机架水平面具有倾角，接收器槽口、微型直线舵机槽口固接在机架中部。
3.根据权利要求1所述的一种四自由度扑翼飞行器装置，其特征在于：所述的动力系统包括空心杯电机、电机蜗杆、第一级减速蜗轮、齿轮轴、两侧对称的驱动曲柄、驱动连杆、驱动摇杆、连杆轴，其中空心杯电机与电机固定机架固定连接，空心杯电机与控制系统的导电线连接，空心杯电机的输出轴位于齿轮轴的下方并与其垂直，齿轮轴与机架竖向连杆上通孔的内径进行过渡配合，电机蜗杆套装在空心杯电机的输出轴上，并与其形成过盈配合；第一级减速蜗轮安装固定在齿轮轴的中部；电机蜗杆与第一级减速蜗轮相啮合，每个驱动曲柄的一端固接在齿轮轴的一侧，另一端与驱动连杆的一端铰接，两个驱动曲柄一起随齿轮轴进行圆周运动；连杆轴与机架主体前段的圆形通孔进行过渡配合，每个驱动摇杆的一端固接在连杆轴的一侧，另一端与驱动连杆的一端铰接，两个驱动摇杆通过与两个驱动连杆和两个驱动曲柄相配合做圆弧运动。
4.根据权利要求1所述的一种四自由度扑翼飞行器装置，其特征在于：所述右扑动机构包括右扑动滑杆、右扑动连杆一、右扑动连杆二，其中右侧扑动滑杆的一端与右侧的驱动连杆进行球副配合铰接；右侧扑动滑杆的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，王洪德，周晓勤，许蓬子，张莹，崔明明，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22
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